МКФ Mark X - IFF Mark X

МКФ Mark X был НАТО стандартный военный идентификация друга или врага транспондер систему с начала 1950-х годов, пока она не была постепенно заменена МКФ Марк XII в 1970-е гг. Он также был принят ИКАО, с некоторыми доработками, как гражданский управления воздушным движением (УВД) вторичный радар (SSR) транспондер. X в названии означает не «десятый», а «экспериментальный».[1] Более поздние модели IFF действовали как десятые в серии и использовали последующие номера.

Для большинства Вторая Мировая Война Стандартная система IFF, используемая военно-воздушными силами союзников, была МКФ Марк III. Mark III реагировал на той же частоте, что и сигнал запуска, возвращая выбранную последовательность импульсов. Первоначально Mark X был просто версией Mark III, работающей на более высокой частоте, что имело несколько практических преимуществ. Доступны три шаблона возврата или режима. Когда он был представлен, новый Выборочная идентификация, или же SIF, позволял модифицировать ответный сигнал с помощью битового кодирования, обеспечивая возможность для каждого самолета выдавать уникальный ответ, используя восьмеричный цифры. Первоначально это осуществлялось через отдельную коробку, которая была подключена к оригинальному Mark X. Некоторое время в 1957 году это было известно как МКФ Марк XI прежде чем стать IFF Mark X (SIF).

Поскольку Гражданская авиация рынок рос в 1950-х, Mark X был выбран в качестве стандартной системы транспондеров в качестве Радиолокационная система управления воздушным движением, или же ATCRBS. Для этой роли была введена новая серия из четырех режимов, от A до D. A по существу идентичен режиму 3, и теперь они называются Mode 3 / A. Режим C отвечает четырехзначным кодом, кодирующим барометрическая высота с шагом 100 футов (30 м). Объединение информации из радар с ответами в режимах A и C система УВД может построить полную картину воздушного пространства без необходимости высотомеры или же 3D радары. Использование Mark X для гражданской роли также позволило направить существующих военных пользователей в гражданскую сеть, а также разрешило гражданским самолетам использовать существующую и хорошо протестированную конструкцию транспондера.

Mark X сохранил ключевую проблему, которая присутствовала во всех системах IFF до настоящего времени; приемоответчик самолета отвечал бы на любой сигнал запроса на соответствующей частоте, не имея возможности определить, является ли он дружественным передатчиком. Это позволяет вражеским силам запрашивать транспондеры и использовать триангуляция чтобы определить их местонахождение, или просто посчитайте ответы, чтобы выявить повышенную активность. Военным пользователям давно нужна была система, которая кодировала и опрос, и ответ, позволяя транспондерам игнорировать сигналы от дознавателей, которые не представляли правильный код. Это привело к развитию МКФ Марк XII и связанный с ним режим 4, который начал развертываться в 1970 году.

История

Марк III

Основная статья: МКФ Марк III

Первой системой IFF, получившей широкое международное распространение, была британская МКФ Марк III, появившийся в начале 1942 г. королевские воздушные силы а затем использовались США и Канадой до конца войны.[1] Это была простая система, которая прослушивала передачи в узком диапазоне частот, усиливала входящий сигнал с помощью регенеративный приемник, и ретранслируйте результат.[2] Рекуперативная конструкция была чрезвычайно простой и часто состояла из одного вакуумная труба. Наземная станция использовала "запросчик" для посылки импульсов синхронно с радар и смешал полученный сигнал с сигналом от радара для получения единого дисплея. На большинстве радарные дисплеи, сигнал IFF удлиняет «метку» или вызывает появление дополнительных меток.[3]

У Mark III было серьезное ограничение: он отвечал на сигналы любого радиовещания в диапазоне 176 МГц. Долгое время боялись, что немцы пошлют свои собственные импульсы допроса для запуска МКФ, а затем используют радиопеленгатор найти самолет. Британцы сделали это с немецким ночные истребители используя систему, известную как Perfectos,[4] вынуждая немцев выключить свои МКФ и заставляя многих огонь по своим инциденты. Казалось логичным, что немцы ответят на просьбу, но это было редко; в то время как наземные подразделения радиоразведки, как известно, время от времени отслеживали британские самолеты с помощью своих МКФ,[5] Их успех был значительно снижен за счет отключения транспондера IFF во время полета над воздушным пространством противника.[6] Немцы не могли этого сделать, поскольку почти всегда летали над своим воздушным пространством.[7]

Более практическая проблема заключалась в том, что сигналы IFF находились посередине существующих УКВ радиолокационные полосы; переход на новую частоту поможет уменьшить потенциальные помехи. Переход на более высокую частоту даст дополнительное преимущество, так как позволит использовать антенны меньшего размера. Еще одна проблема с Mark III заключалась в том, что транспондер отвечал на той же частоте, что и импульс запроса, поэтому другие IFF могли слышать ответный сигнал и запускать свой собственный, что приводило к каскаду ответов. Это было особенно проблематично возле аэропортов, где самолеты группировались и могли слышать сигналы друг друга. Использование отдельных частот передачи и приема решило бы эту проблему, но регенеративный дизайн работал обратная связь принятый сигнал, поэтому его нелегко адаптировать для ответа на другой частоте.[8]

Усилия США, Mark IV

В Лаборатория военно-морских исследований США (NRL) также рассматривала концепцию IFF и разработала концепцию, аналогичную Mark III, в которой использовалась собственная частная частота для допросов, 470 МГц. В отличие от британских разработок, ответный сигнал был на отдельной частоте 493,5 МГц. Это позволило избежать срабатывания одной IFF другой, но за счет необходимости полной отдельной системы передатчика. Когда США и Великобритания сформировали совместную объединенную исследовательскую группу в NRL, этой системе было присвоено название Mark IV.[1]

Сложность заключалась в том, что частота отклика была достаточно близкой к частоте 600 МГц немецкого Вюрцбургские радары что были опасения, что эти импульсы радара могут вызвать срабатывание транспондера, что приведет к появлению новой метки на Вюрцбургском радарный дисплей и, таким образом, сразу же обнаруживая их рабочую частоту.[9] Поскольку британские системы уже широко используются, было принято решение использовать Mark II и Mark III для самолетов США.[1]

В 1942 году Объединенная исследовательская группа начала разработку новой системы на основе базовой схемы Mark IV, но с дальнейшим увеличением рабочей частоты до 1,03 ГГц для запросов и 1,09 ГГц для ответов. Этот Mark V должен был стать базой для IFF во всем мире в послевоенную эпоху, и поэтому был также известен как Маяк Организации Объединенных Наций или UNB.[1] Адаптеры UNB для существующих комплектов Mark III были произведены и пошли на вооружение в вооруженных силах США, но не были приняты в других местах. Великобритания вышла из программы в октябре 1945 г.[10] полагая, что до новой войны осталось по крайней мере десять лет. США использовали UNB только в течение короткого времени, потому что новая экспериментальная концепция, известная как Mark X, быстро созревала.[1]

Mark X

Основным различием между Mark X и более ранними системами IFF было использование двух импульсов в опросе, а не одного. В прошлом использовался одиночный импульс, потому что исходным сигналом запроса был луч радара, проходящий мимо самолета, и это были одиночные импульсы энергии. Теперь, когда системы IFF работают на совершенно других частотах, в этом больше не было необходимости, и для Mark X была принята система, использующая два импульса.[1]

У этой системы было два преимущества. Во-первых, для того, чтобы вызвать ответ, вражеский дознаватель должен согласовывать частоту и синхронизацию импульсов. Это давало небольшую дополнительную безопасность. Однако гораздо более важным было то, что, изменяя синхронизацию импульсов, в бортовом транспондере могли запускаться разные ответы. Первоначальная конструкция имела три таких «режима»: режим 1 запускался запросчиком, посылая два импульса с интервалом 3 мкс (± 0,2 мкс), режим 2 составлял 5 мкс, а режим 3 составлял 8 мкс.[10]

Ответ на эти допросы оставался простым; Успешный запрос в режиме 1 или 3 вызвал отправку одиночного импульса в ответ очень скоро после получения запроса. Поскольку он вернулся на радиолокационную станцию ​​после возврата исходного радиолокационного импульса, этот сигнал вызвал появление второй вспышки на экране радара на немного большем расстоянии. Режим 2 был аналогичен, но возвращал два импульса от самолетов и один задержанный импульс от кораблей.[11]

Транспондер самолета имел переключатель, который устанавливал, какой режим он прослушивал, и отвечал только на запросы для этого режима. На практике режимы использовались для идентификации отдельных самолетов. В Великобритании, например, большинство самолетов установили бы свой транспондер в режим 1, который обеспечивал бы базовую индикацию IFF на их «метках» на дисплее радара. Вместо этого руководитель полета выберет режим 3, что позволит наземному оператору отделить всю группировку от отдельных самолетов внутри. Наконец, по запросу был выбран режим 2, чтобы оператор мог идентифицировать конкретное воздушное судно.[10]

В дополнение к основным режимам система также включала функцию аварийного реагирования, которую выбирал самолет. При включении самолет всегда возвращал четыре импульса в ответ на запрос, независимо от того, какой режим выбрала наземная станция.[11]

Хотя они вышли из UNB, Великобритания поддерживала связь со своими американскими коллегами и официально приняла на вооружение Mark X в октябре 1949 года, а в следующем году последовали канадцы. Представители RAF были приглашены на испытания в конце 1951 года, когда они уже заключили контракт Ферранти разработать оборудование, которое работало как на Mark III, так и на Mark X.[10] Из-за задержек по обе стороны Атлантики только в начале 1960-х годов поддержка Mark X стала по-настоящему универсальной.[12]

SIF

Системы союзников начинались как транспондеры, которые просто отражали исходный импульс радара и были неспособны кодировать какое-либо индивидуальное ответное сообщение. США изучали возможность кодирования большего количества данных в ответный сигнал во время войны, но в конечном итоге сочли, что введение новой системы в эксплуатацию как можно быстрее было важнее, чем улучшение ее возможностей, поэтому оригинальный Mark X отличался от Mark III только простыми способами. .[11]

В то время как разработка базового Mark X все еще продолжалась, началась также разработка новой функции выборочной идентификации, или SIF. Эта система изначально была реализована в виде отдельного блока, который подключается к Mark X и изменяет его обратные сигналы. Вместо двух импульсов блок SIF возвратил «последовательность импульсов», которая содержала несколько импульсов между стартовыми и конечными импульсами «кадрирования». Каждый импульс имел длительность 0,45 мкс с интервалом 1,45 мкс, а длина цуга в целом составляла 20,3 микросекунды. Каждая группа из трех импульсов используется для кодирования восьмеричный цифра от 0 до 7. В режимах 1 и 3 используются два набора из трех импульсов,[13] в то время как в режиме 2 использовались все четыре набора импульсов в последовательности.[14]

Чтобы помочь идентифицировать отдельное воздушное судно, наземные операторы сообщали бы воздушному судну, чтобы он установил свой IFF в определенный режим, а затем выбирали двузначный код в поле SIF. В режиме 3 все 64 ответа (от 00 до 77) были возможны, но в режиме 1 вторая цифра была только от 0 до 3, всего 32 кода.[а] Аварийный режим остался, но работал только при опросе Mode 1 с наземной станции. Чтобы указать на чрезвычайную ситуацию в режиме 3, пользователь вместо этого набирал код 77. Чтобы гарантировать, что код экстренной помощи будет принят большинством дознавателей, оператор установил бы IFF на экстренный случай и набрал 77, таким образом отвечая тем же набором импульсов на оба режима 1 и 3.[15]

Более длинный ответ в режиме 2 использовался исключительно военными пользователями,[b] позволяя им идентифицировать отдельные самолеты. Четыре цифры дали в общей сложности 4096 возможных кодов, хотя 7700 использовалось для аварийной ситуации, что привело к тому же аварийному реагированию, что и выше.[16]

ATCRBS

Основная статья: система радиолокационного маяка управления воздушным движением

В 1953 году частоты Mark X и системы кодирования SIF были выпущены для гражданского использования во всем мире.[17] В 1956 году ИКАО выбрала Mark X в качестве основы для мировой гражданской авиации.[16] Выбор существующей системы имел то преимущество, что позволяло использовать хорошо проверенное оборудование, а также позволяло существующим военным транспондерам работать в более крупной гражданской сети.

Несмотря на то, что Mark X использовался в этой роли, особенно в Европе, он не получил широкого распространения. В США Федеральная авиационная администрация работал над системой, использующей 3D радар и компьютеризированная система полетной информации, которая, по их мнению, произведет революцию в отрасли. Разработка была еще далека от завершения, когда 16 декабря Столкновение в воздухе в Нью-Йорке, 1960 произошло, в котором United Airlines DC-8 превышение назначенного образец удержания и столкнулся с Trans World Airlines Супер Созвездие. Хотя в конечном итоге авария произошла по вине экипажа DC-8, среди факторов, способствовавших этому, было то, что авиадиспетчеры не смогли точно идентифицировать самолет.[18]

После аварии FAA подверглось серьезной критике как со стороны правительства, так и со стороны гражданских авиакомпаний. 8 марта 1961 г. Президент Кеннеди запустила проект Beacon для решения этих проблем. Бюро исследований и разработок FAA продолжало настаивать на разработке своих новых систем, но авиадиспетчеры сказали FAA отказаться от своих 3D-радаров и вместо этого потребовали модификаций существующих систем и транспондеров. Заключительный отчет согласован с диспетчерами, вместо новых систем транспондеры будут модернизированы для предоставления этой информации.[19] Они будут известны как система радиолокационных сигналов управления воздушным движением или ATCRBS.[18]

ATCRBS представила несколько гражданских режимов, от A до D. Режим A остался идентичным исходному режиму 3, за исключением того, что гражданские самолеты будут снабжены дисками, позволяющими использовать все четыре цифры вместо только первых двух.[20][18] Кроме того, новый режим C вернул высоту самолета, тем самым устраняя необходимость в отдельном высотомер радар или 3D-радар. Теперь одно сканирование радара определит местонахождение самолета по его прямому отражению, идентифицирует его по реакции в режиме A и вернет его высоту в режиме C, непрерывно отображая всю эту информацию.[18]

Транспондер для легких самолетов с дисками для установки всех четырех цифр ответа в режиме 3 / A.

В остальном система похожа на SIF, используя тот же формат ответа последовательности импульсов и восьмеричное кодирование. В режиме A единственное отличие от режима 3 состоит в том, что отправляются все четыре цифры,[21] таким же образом, как в военном режиме 2. Использование такого кода означает, что он не будет отображаться на военных наземных станциях, поддерживающих только старый режим 3, и по этой причине коды режима A обычно заканчиваются на "00". Например, стандартный код для идентификации самолета, летящего под правила визуального полета в Северной Америке - 1200, а код экстренной помощи, как и в случае с военными, - 7700.[22]

Военные радары должны определять как местоположение, так и высоту вражеского самолета. Для этого использовались самые разные методы, часто с использованием нескольких дополнительных полных мощностей. радары для определения высоты предназначенные для этой цели, или используя 3D радары некоторой сложности. Это не подходило для гражданского использования, но определение высоты по-прежнему было важно для правильного использования. управления воздушным движением интервал. Чтобы удовлетворить эту потребность, ATCRVS добавил режим C, который использует тот же четырехзначный формат, но использует цифры для кодирования высоты вместо идентификатора. Поочередно выполняя запросы между режимами A и C и сохраняя значения между приемами, радиолокационная станция может использовать собственное отражение радара для определения местоположения самолета в космосе, ответ в режиме A для его идентификации и режим C для определения высоты.[20]

В отличие от военных пользователей, гражданских пользователей могут попросить предоставить полный четырехзначный код для ответов в режиме A. Для неуправляемых самолетов коды обычно используют только первые две цифры, чтобы их можно было прочитать и на старом военном наземном оборудовании. Например, стандартный код для идентификации самолета, летящего под правила визуального полета в Северной Америке - 1200, а в чрезвычайных ситуациях, как и в случае с военными кодами, - 7700.[22] Режимы B и D остаются неиспользованными.[17]

Марк XII

Основная статья: МКФ Марк XII

В вооруженных силах у Mark X был существенный недостаток, заключающийся в том, что он продолжал отвечать на любой запросчик, что позволяло использовать его силами противника для триангуляции самолетов. Это использовалось Северный Вьетнам для отслеживания движения самолетов США. Когда это было замечено, пилотам было приказано выключить свой IFF, находясь над территорией противника.[23] что привело к ограничению управления воздушным пространством противника.

Еще в 1960 году в США началась некоторая разработка системы кодирования, которая будет работать в существующей сети IFF. Это стало МКФ Марк XII, который добавил криптографические ключи к кодам запроса и ответа. Теперь бортовой транспондер мог проверить, был ли импульс запроса от допустимого дружественного источника, и игнорировать любого, кто не представил правильный код. Кроме того, были изменены форматы ответов, чтобы можно было возвращать больше информации. Mark XII начал вводиться в США в начале 1970-х годов и постепенно заменил Mark X. За пределами США, где продолжались воздушные войны с изощренным противником, Mark XII не был таким быстрым или широко распространенным.[23]

Другая проблема с Mark X и его заменой Mark XII заключается в том, что он может быть заглушен трансляцией на известных частотах отклика. Работа над расширенный спектр МКФ Марк XV началось в США, но было отменено в 1990 году из-за роста стоимости примерно 17 000 необходимых единиц.[23]

Режим S

Основная статья: IFF режим S

По мере дальнейшего увеличения интенсивности движения в очень загруженном воздушном пространстве даже правильные допросы могли вызвать столько ответов, что невозможно было определить, какой ответ был от какого самолета. Это привело к появлению IFF режим S. В режиме S каждое воздушное судно имеет свой собственный уникальный 24-битный код, которым он отвечает при запросе правильным сигналом запроса. Это позволяет наземной станции периодически посылать сигнал, аналогичный режиму 3 / A, но получать уникальные коды для каждого воздушного судна. С этого момента запросчик может посылать сигналы местоположения и высоты с определенными кодами, таким образом, отвечая только выбранному воздушному судну. В Mode S также добавлен ряд форматов длинных ответов, которые позволяют отправлять текстовые сообщения и другую информацию.[17]

Описание

Формат допроса

Сигнал запроса, иногда известный как формат восходящей линии связи, состоит из двух импульсов длительностью 0,8 мкс на частоте 1030 МГц. Время между импульсами определяет, какой режим запрашивается. Режим 1 имел два импульса с интервалом 3 мкс (± 0,2 мкс), режим 2 составлял 5 мкс, а режим 3 составлял 8 мкс. Гражданские B, C и D находились на расстоянии 17, 21 и 25 мкс. В режиме S после P1 и P3 добавляется импульс P4.[24]

Наземные запросчики обычно циклически переключаются между различными режимами для сбора полной информации, это известно как шаблон чередования. Для гражданских сайтов шаблон обычно A, C, A, C ... Для военных пользователей шаблон обычно 1,3 / A, C, 2,3 / A, C ... но некоторые используют 1,2, 3 / A, C, 1,2, ...[25]

Формат ответа

В исходной системе pre-SIF ответ на правильно принятый импульс запроса обычно представляет собой либо один импульс в режиме 1 и 2, либо два импульса в режиме 2. Включение аварийного режима дает четыре импульса во всех режимах.[11]

Формат ответа режима A и C.

Для систем, оборудованных SIF, ответ на правильно принятый импульс запроса представляет собой цепочку длинных импульсов 0,45 мкс (± 0,1 мкс) с интервалом 1,45 мкс, разделенных на начальный и конечный импульсы. Импульсы обозначены F1 и F2 для пуска и останова и A1, B1, C1, A2, B2 ... для импульсов реакции. Ответы чередуются вместе: C1, A1, C2, ... A4, за которыми следуют B1, D1 ... всего 12 возможных импульсов в четырех восьмеричных цифрах, A, B, C и D. Один дополнительный "X" импульс в центре остается неиспользованным, поэтому общий пакет с кадрированием составляет 20,2 мкс.[26]

Изначально тайм-аут импульсов был отсрочен за счет использования линии задержки. Первоначальная спецификация заключалась в 3 мкс между импульсами в данной цифре или 1,5 мкс между чередующимися импульсами A / C или B / D. Когда прибыли первые линии задержки выборки, они были дефектными и задерживали только 2,9 мкс, что привело к времени между импульсами 1,45 мкс.[27]

Военный режим 1 передает две цифры, A и B, оставляя остальные возможные импульсы пустыми. Возможны только подмножество возможных комбинаций: от 0 до 7 для первой цифры и только от 0 до 3 для второй, что позволяет использовать 32 кода от 00 до 73. Это иногда называют «сигналом миссии» и задают авиадиспетчеры перед полетом. В режимах 2 и 3 разрешены все 4096 возможных 4-значных кодов от 0000 до 7777.[21]

В режиме 3 / A значение каждой цифры от 0 до 7 устанавливается переключателями на передней панели. Для использования в гражданских целях это код, предоставленный диспетчерами УВД. Наиболее авиация общего назначения самолетам в Северной Америке говорят «крикнуть 1200», что означает, что они должны установить свой транспондер на 1200, тогда как в остальном мире для этой же цели используется 7000. Также используются три специальных кода: 7500 означает, что самолет угоняется, 7600 означает, что их голосовой радиоприемник не работает, а 7700 означает общую чрезвычайную ситуацию.[22]

Для режима C высота кодируется с использованием Код Гиллхема, используя 11 бит. Самый низкий возможный код - 000000000001, что соответствует высоте -1200 футов. Каждые 100 футов дополнительной высоты выше -1200 прибавляют 1 к общему значению, так, например, 000000110100 составляет 1200 футов.

SIF также добавляет один дополнительный необязательный импульс, Special Purpose Identification или SPI, который отправляется через 4,35 мкс после F2. SPI запускается вручную оператором транспондера для идентификации отдельного воздушного судна нажатием кнопки. SPI продолжает транслироваться в течение 18 секунд. Согласно правилам ИКАО, SPI следует добавлять только в режим 3 / A.[26]

Примечания

  1. ^ Гоф утверждает, что существует 30 кодов,[10] но это, вероятно, учитывает зарезервированные коды, такие как 77.
  2. ^ Этот режим мог использоваться исключительно Командование ПВО в США,[16] но это не понятно.

Рекомендации

Цитаты

  1. ^ а б c d е ж грамм Кто 1993, п. 55.
  2. ^ AP1093D 1947 г., 117.
  3. ^ AP1093D 1947 г., Глава 6.
  4. ^ Цена 2005 г., п. 229.
  5. ^ Цена 2005 г., п. 178.
  6. ^ Цена 2005 г., п. 222.
  7. ^ Фрейли, Стивен (11 декабря 1989 г.). Электронный бой над Третьим рейхом (PDF) (Технический отчет). Колледж воздушного командования и штаба.
  8. ^ Пул, Ян (1998). Базовое радио: принципы и технологии. Newnes. п. 100. ISBN  0080938469.
  9. ^ Бернс 1988, п. 446.
  10. ^ а б c d е Гоф 1993, п. 131.
  11. ^ а б c d Оператор 1959, п. 5.18.
  12. ^ Гоф 1993, п. 197.
  13. ^ Кто 1993, п. 58.
  14. ^ Бибб 1963, п. 29.
  15. ^ Бибб 1963, п. 29, 31.
  16. ^ а б c Бибб 1963, п. 30.
  17. ^ а б c Кто 1993, п. 63.
  18. ^ а б c d FAA.
  19. ^ MIT 2000, п. Проект Маяк.
  20. ^ а б Кто 1993, п. 59.
  21. ^ а б NRTC, п. 8.2.
  22. ^ а б c Коды.
  23. ^ а б c Кто 1993, п. 61.
  24. ^ Бодарт 2019, п. 3.
  25. ^ Бодарт 2019, п. 4.
  26. ^ а б Вольф, п. Ответное сообщение.
  27. ^ Кто 1993, п. 57.

Библиография